A origem do campo magnético da Terra e sua importância

Estudos avançados sobre o campo magnético terrestre (CMT) revelam que sua origem se deve a fatores externos e internos do nosso planeta, sendo de origem interna 90% do CMT que conhecemos (NOVA E POLETTI, 2014).

Neste capítulo discutiremos os fatores responsáveis pelo campo magnético do nosso planeta, enfatizando o papel da corrente elétrica nesse processo.

No seu livro De magnete lançado em 1600, Willian Gilbert afirmava: Magnus magnes ipse est globus terretris “O globo da Terra é um grande imã.” Conforme Guimarães (2011). Esse foi o passo inicial para o entendimento do campo magnético terrestre, na busca de uma explicação coerente para o alinhamento da bússola na direção norte-sul da Terra.

Ao longo do tempo construiu-se um modelo, onde o CMT assemelha-se, ao campo gerado por um ímã dipolar localizado no centro da Terra.

Os eixos do dipolo estariam inclinados aproximadamente de 11,5º em relação ao eixo de rotação da Terra conforme Halliday e Resnick (2013, p.332).

Figura 41: Campo magnético terrestre modelo do imã dipolar42.

Fonte: Portal do Mec

Com os estudos de Pierre Curie (1859 – 1906), descobriu-se que as substâncias ferromagnéticas apresentam uma temperatura, acima da qual as substâncias se desmagnetizam.

Como discutimos anteriormente o ferromagnetismo surge da forte tendência dos spins dos átomos deste material de se alinhar uns aos outros, dando origem a um momento magnético espontâneo.

Este alinhamento espontâneo tende a diminuir à medida que a temperatura do sistema aumenta até o material se tornar paramagnético, numa temperatura crítica, conhecida como ponto de Curie (CONSALTER, 2006).

O conhecimento atual da estrutura da Terra nos permite afirmar que o campo magnético terrestre não é produzido por um grande imã de material ferromagnético como Gilbert pensava, pois dos 6.400 km aproximadamente, que separam a superfície da Terra do seu núcleo, a cada 33m de profundidade das camadas superficiais há um aumento médio de 1ºC de temperatura o chamado grau geotérmico (COELHO E TERRA, 2005, p.161).

A temperatura no núcleo da Terra é alta superando muito o ponto Curie dos materiais ferromagnéticos presentes nela, assim a Terra não pode ser um grande

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Disponívelem:<http://objetoseducacionais2.mec.gov.br/bitstream/handle/mec/15755/imagens/fig2.gif >Acesso: 28 de fevereiro de 2018

imã nos termos da teoria de Gilbert. A figura 42 mostra a composição interna da Terra.

Figura 42: Estrutura da Terra43. Fonte: Portal suporte geográfico Em termos de distância e massa (CORREIA, 2007):

 A partir do seu centro, o núcleo interno tem em torno de 1.228 km de raio e o núcleo externo se estende desse ponto até 3.488 km radialmente, somando 54% do diâmetro do planeta. Os dois núcleos juntos contêm 32% da massa terrestre.

 Entre o núcleo externo e o manto existe uma camada de transição com uma espessura de 190 km. Nela ocorrem movimentos provocados por convecção, por causa da constante troca de calor entre essas camadas da Terra.

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Disponível em:< https://suportegeografico77.blogspot.com/2017/12> Acesso:28 de Fevereiro de 2018

 O manto se estende de 3.678 km até 6.338 km de raio, chegando a conter mais de 67% da massa terrestre. Os 40 km restantes representam a espessura da crosta terrestre.

 O núcleo é composto por 80% de ferro e 19% de níquel. A porção interna é sólida e a porção externa é líquida e extremamente condutora de eletricidade. O manto é rico em silício, oxigênio e magnésio.

A figura 43 mostra as temperaturas no interior da Terra, enquanto a tabela 2 mostra as temperaturas Curie de materiais ferromagnéticos presentes no interior da Terra, o que impede sua magnetização permanente, mostrando que a teoria de Willian Gilbert precisava ser revista.

Figura 43: A temperatura nas diversas camadas da Terra44.

Fonte: Portal UFJF física e cidadania

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Disponível em: <http://www.ufjf.br/fisicaecidadania/aprendendo-e-ensinando/>. Acesso: 03 de Março de 2018.

Tabela 2: Temperatura Curie para as principais substâncias Ferromagnéticas45.

Fonte: Portal UFJF física e cidadania

Com o avanço dos estudos sobre o interior da Terra, os cientistas chegaram à conclusão que a causa mais provável da origem interna do campo magnético terrestre (campo principal) seriam correntes elétricas no núcleo externo líquido da Terra (teoria do dínamo interno ou geodínamo).

Segundo Nova e poletti (2014) também há contribuição do campo crustal, produzidos por materiais magnetizados da crosta Terrestre, na forma de rochas magnéticas, como o basalto.

Figura 44: Origem do campo magnético terrestre46 Fonte: Portal Professor Petry

45 _{Disponível em: http://www.ufjf.br/fisicaecidadania/aprendendo-e-ensinando/. Acesso: 03 de Março de}

2018.

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Disponívelem:http://www.professorpetry.com.br/Ensino/Repositorio/Docencia_CEFET/Fundamentos_Eletrici dade/Aula_Eletromagnetismo.pdf Acesso: 18/06/2018

Um importante ramo da geofísica é o Paleomagnetismo que estuda o campo geomagnético registrado na magnetização das rochas.

As descobertas nessa área provaram que as rochas vulcânicas adquirem a magnetização durante seu resfriamento e a direção da magnetização remanescente é a mesma do campo geomagnético no momento do resfriamento. O estudo do magnetismo das rochas indica a reversão temporal dos polos magnéticos da Terra, a conhecida variação secular.

No que diz respeito a medições do campo magnético terrestre, Carl Friedrich Gauss foi o primeiro a medir a sua intensidade em 1835 usando um magnetômetro criado por ele. Nos polos, a intensidade do campo é em torno de 0,7 gauss (1G = 10 -4

teslas); no equador é aproximadamente de 0,35 G segundo dados da IAG (IAG,2018).

Outro fato importante sobre o CMT é a sua diminuição de intensidade média que hoje corresponde a 0,5 G; ele diminui cerca de 5% a cada século, o mecanismo por trás desse fenômeno ainda não foi desvendado pelos cientistas.

A tabela a seguir mostra alguns valores típicos de campo magnético de alguns objetos.

Tabela 3: Campo magnético valores típicos47.

Fonte: Graça (2018)

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No Atlântico sul, numa região vasta que inclui o Brasil, o campo magnético tem um valor baixo, região conhecida como anomalia magnética do atlântico sul (AMAS), a intensidade do CMT nessa região é de 0,24 G, próximo ao Rio de Janeiro (CPRM, 2015).

O valor do campo magnético médio no núcleo externo da Terra foi estimado em 25 G, 50 vezes maior que o campo na superfície segundo dados da CPRM (2015).

O campo magnético externo ocorre pela interação do CMT de origem interna com o fluxo de partículas que vem do sol (vento solar) na ionosfera localizada entre 60 km e 1000 km de altitude, ela recebe esse nome porque possui muitas partículas carregadas eletricamente por fotoionização, como íons, elétrons livres arrancados das moléculas dos gases atmosféricos por raios ultravioleta, induzindo a formação de correntes elétricas em altitudes acima de 100 km, entre a ionosfera e parte da magnetosfera, são essas correntes responsáveis pelo campo magnético externo á Terra (HARTMANN, 2005).

A Magnetosfera é a parte exterior da atmosfera, onde o campo magnético interno interatua com as correntes elétricas da ionosfera. Ela age como um escudo e obstáculo ao vento solar e raios cósmicos, demonstrando sua grande importância para sobrevivência humana como disserta Hartmann (2005).

As partículas vindas do sol são defletidas pelo campo magnético da Terra sob a ação da força magnética, algumas delas ficando presas nas regiões mais externas da magnetosfera, formando um cinturão de radiação conhecido como cinturão de Van Allen. Os prótons ficam no cinturão interno, enquanto os elétrons ficam no cinturão externo.

Figura 45: Cinturões de Van Allen48 Fonte: Portal Monografias

A despeito do campo protetor da Terra, alguns raios cósmicos vindos do espaço alcançam a superfície terrestre, ocasionando perturbações em satélites e sistemas de distribuição de energia e telecomunicações, principalmente na região da AMAS.

Outro fenômeno ligado ao CMT que ocorre nos polos originando belas imagens são as auroras Boreais e Austrais, pois segundo a expressão da força magnética seu valor depende do seno do ângulo entre o campo magnético e a velocidade da mesma, a força magnética que desvia a partícula vai diminuindo conforme o ângulo entre o campo e a velocidade diminui, elas então adentram a atmosfera terrestre espiralando colidindo com as moléculas dos gases atmosféricos que por sua vez emitem luz, produzindo as auroras (FRANCO; ROCHA, 2016).

A figura a seguir representa a Terra e sua magnetosfera interagindo com as partículas do sol.

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Disponívelem:http://www.monografias.com/trabajos101/teoriaelectromagnetica/teoriaelectromagneti ca3.shtml.Acesso em: 18/06/2018

Figura 46: Partículas do vento solar interagindo como o CMT49. Fonte: Portal Gstatic

Embora seja inegável a existência do CMT, Os cientistas ainda não determinaram a causa exata da sua origem e continuidade, a teoria aceita hoje, mesmo não sendo unanimidade por ser muito complexa e ainda inacabada é a teoria do geodínamo.